Bài tập Chương 1 | Môn Thủy lực khí nén - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58797173 BÀI TẬP CHƯƠNG 1 1. Ví dụ tính toán
1.1. Nén V0 = 6[m3 ] áp suất khí quyển vào bình chứa có thể tích bằng V1 = 0.5
[m3 ]bằng máy nén khí (giả thiết quá trình nén, nhiệt độ khí không đổi). Hãy
tính áp suất khí nén trong bình (áp suất dư)? 1 atm = 105 [Pa].
pV0 0 pV1 1 Phương
trình trạng thái khí lý tưởng: = T0 T1
Nhiệt độ không đổi  T0 = T1  1.6 = p1.0.5  P1 = 12 atm
Áp suất dư = 12 – 1 = 11 atm
1.2. Một máy nén khí có lưu lượng hút Q = 3m3/min, nén vào bình chứa có thể
tích 0,5m3. Hãy tính thời gian cần thiết để bình được nạp đầy khí nén có áp
suất P = 6 bar và nhiệt độ là T = 293 K. Biết rằng, khí quyển ở điều kiện tiêu
chuẩn (Pn = 1,013 bar và T = 273K).
Đổi Q = 3m3/min = 0,05 m3/s
V2 = 0,5 m3 ; p2 = 6 bar ; T2 = 293 K pV1 1 pV2 2 1,013.V1 6.0,5
Phương trình trạng thái khí lý tưởng: = = T1 T2 273 293  V1 = 2,76 m3 𝑉 𝑉 2,76
Lưu lượng: Q =  t = = = 55,2s 𝑡 𝑄 0,05 lOMoAR cPSD| 58797173
1.3. Trong một ống kín V1 = 60 dm3, áp suất p1abs = 700 kPa (7 bar/101.5 psi),
nhiệt độ T1 = 280 K (70C). Khi nhiệt độ tăng lên T2 = 300 K (270C) thì áp suất
mới trong ống là bao nhiêu?
Đổi V1 = 60 dm3 = 0,06 m3; p1abs = 700 kPa = 7 bar pV1 1 pV2 2
7.0,061 p2.0,06 Phương trình tổng quát: = = T1 T2 280 300 p2 = 7,5 bar
2. Giải thích các ứng dụng thực tế: Trình bày, giải thích nguyên lý của dụng cụ sau:
Nhiệt kế thủy ngân, Kinh khí cầu và Nồi áp suất dựa vào định luật khí?
- Nhiệt kế thủy ngân: là một thiết bị đo nhiệt được phát minh bởi nhà vật lý học
Daniel Gabriel Fahrenheit ở Amsterdam. Nhiệt kế thủy ngân thường được sử
dụng đo nhiệt độ cơ thể, đo nhiệt độ nước, không khí và các dung dịch,… o
Cấu tạo nhiệt kế gồm 3 phần:
▪ Phần cảm nhận nhiệt độ: Là bầu đựng thủy ngân, có tác dụng nhận
nhiệt từ môi trường cần đo, và dưới tác động của nguyên lý giãn nở
của vật chất (cụ thể ở đây là thủy ngân), tùy mức nhiệt độ mà sự giãn
nở của thủy ngân khác nhau.
▪ Ống mao dẫn: Là cột dẫn thủy ngân giãn nở khi tiếp xúc với môi trường
từ đó đo được nhiệt độ của môi trường.
▪ Phần hiển thị kết quả: Là các vạch số, dựa theo nguyên tắc giãn nở của
thủy ngân mà từng độ cao của ống mao dẫn người ta vạch ra những
mức nhiệt độ tương ứng.
o Nguyên lí hoạt động: Nhiệt kế thủy ngân hoạt động dựa theo nguyên lý sự
giãn nở của thuỷ ngân theo nhiệt độ. Nhiệt độ thay đổi làm cho cột độ
chạy để mở rộng hoặc kéo tụt thủy ngân trong ống. Hoạt động này ngay
lập tức được hiển thị số liệu xác nhận mức hiệu chuẩn của thang đo nhiệt độ. lOMoAR cPSD| 58797173
- Khí cầu: là một túi đựng không khí nóng hay các chất khí trong trường hợp
dùng khí heli thì còn được gọi là kinh khí cầu, thường có khối lượng riêng nhỏ
hơn không khí xung quanh và nhờ vào lực đẩy Ác-si-mét có thể bay lên cao
trong khí quyển. o Nguyên lí hoạt động:
▪ Các khinh khí cầu đốt lửa là những quả cầu chứa khí nóng. Chúng bay
lên vì không khí chứa trong đó nhẹ hơn là không khí ngoài khí quyển.
Vì không khí nóng có xu hướng bốc lên, nên khí cầu bay được.
▪ Trong một lưu chất lỏng (lỏng hay khí), mọi chất có tỷ trọng nhẹ hơn
đều có xu hướng đi lên trên: đó là điểu xảy ra khi khí cầu nóng lẫn trong
khí lạnh. Cũng có hiện tượng như vậy đối với khí hyđro và heli, là những
khí nhẹ so với không khí. Tóm lại, tất cả các khí cầu đều phụ thuộc vào
nguyên tắc chênh lệch tỷ trọng.
▪ Các khinh khí cầu đốt lửa hiện đại có vỏ ngoài bằng ni lông, dáng gần
như hình cầu. Nó mở ra ở phía dưới để hứng không khí nóng được đốt
lên bởi một vòi đốt bằng khí. Khi quả cầu chứa đầy, không khí nóng, nó
bay lên. Nếu muốn hạ xuống, chỉ cần không khí này nguội đi.
- Nồi áp suất: là một dụng cụ có khả năng làm chín thực phẩm bằng nước ở
áp suất cao hơn so với các loại nồi thông thường. - Nguyên lý hoạt động:
o Khi cung cấp nhiệt cho nồi sẽ làm nóng phần không khí ở bên trong. Không
khí nóng và không thoát được ra ngoài, sẽ gia tăng áp suất, khiến nước sôi
ở nhiệt độ cao hơn 100 độ C. Điều này khiến cho nước dễ dàng thẩm thấu
vào bên trong thức ăn hơn, khiến chúng chín và mềm nhanh hơn.
o Khi dừng cung cấp nhiệt, thì nhiệt lượng trong nồi vẫn còn, thoát ra rất
chậm, thức ăn vẫn tiếp tục được đun nấu, nên kiệm năng lượng. 3. Câu hỏi tham khảo:
3.1. Trong quá trình đẳng nhiệt của một khối khí lý tưởng, thể tích của khối khí
giảm đi 3 lít thì áp suất của nó tăng lên 5 lần. Thể tích ban đầu của khối khí là bao nhiêu lít?
Ta có: P1 = 5P0. Vì áp suất tăng nên thể tích giảm V1 = V0 – 3 lOMoAR cPSD| 58797173
Áp dụng quá trình đẳng nhiệt: P0V0 = P1V1 ⇒ P0V0 = 5P0.(V0−3) ⇒ V0 = 5.(V0 −3) ⇒ V0 = 3,75 lít
3.2. Một quả bóng cao su có thể tích V= 4 lít có áp suất trong bóng là p= 2 atm.
Mỗi lần bơm đưa được 100 cm3 không khí ở áp suất khí quyển vào bóng.
Bơm châm để nhiệt độ không đổi và ban đầu trong bóng có không khí ở áp
suất khí quyển, (biết áp suất khí quyển là 1 atm) số lần cần bơm của bóng là bao nhiêu? Đổi: 100cm³ = 0,1 lít
Áp dụng quá trình đẳng nhiệt ta có: p0.n.V0 = p.V => 1.n.0,1 = 4.2 => n = 80 lần